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1、硕士学位论文硕士学位论文 （工程硕士）（工程硕士） 对多晶硅纳米薄膜电学修正特性的研究对多晶硅纳米薄膜电学修正特性的研究 RESEARCH ON ELECTRICAL TRIMMING CHARACTERISTICS PROPERTIES OF POLYSILICON NANOFILMS 2010 年年 6 月月 国内图书分类号：TN432 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3.049.774 密级：公开 硕士学位论文硕士学位论文 (工程硕士工程硕士) 对多晶硅纳米薄膜电学修正特性的研究 硕士研究 生： 导师： 申请学位级别： 工程硕士 学科、专 业： 微电子学与固体电子学 所 在
2、 单位： 答 辩 日期： 2010 年 6 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 Classified Index: TN432 U.D.C.: 621.3.049.774 A Dissertation for the Masters Degree of Engineering RESEARCH ON ELECTRICAL TRIMMING CHARACTERISTICS PROPERTIES OF POLYSILICON NANOFILMS Candidate： Supervisor：Prof. liu xiaowei Academic Degree Applied for：Master of
3、 Engineering Speciality： Microelectronics and Solid-State Electronics Affiliation： Department of microelectronic Science and technology Date of Defence： June, 2010 Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - I - 摘 要 多晶硅纳米膜凭借其优良的压阻特性及温度稳定性可广泛应用于压阻式传感 器。为了提高封装之后电阻的匹配
4、性，必须对电阻进行修正。而电学修正是一种 有效的电阻修正方式。因此本课题主要研究多晶硅纳米薄膜的电学修正特性。 样品的制备，利用 LPCVD 的方法在表面有热二氧化硅的衬底上淀积不同膜厚， 不同掺杂浓度和不同淀积温度的多晶硅纳米薄膜。用扫描电镜，X 射线衍射仪和 透射电子显微镜对多晶硅纳米薄膜进行表征，分析晶粒的微观结构。然后通过施 加高于阈值电流密度的直流电对不同淀积温度，不同膜厚以及不同掺杂浓度对多 晶硅纳米薄膜电学修正特性进行测试并分析电学修正对压阻特性以及温度特性的 影响。 本文建立填隙原子空位（IV）对模型，这种模型认为电学修正现象是在大电 流激励下，产生焦耳热使晶界处 IV 对发生
5、重结晶。基于 IV 对模型本文还建立了 填隙原子空位对模型，它可以很好的解释电学修正现象。 实验结果表明随着掺杂浓度的提高，电学修正的精度不断提高而修正速率却 有所减小；直接淀积的 PSNFs 比重结晶的 PSNFs 修正精度和稳定性好，因此通过 优化淀积温度可以减少晶粒间界的无定形态，从而改善 PSNFs 的电学特性。因此 研究电学修正技术对于封装后的调阻有十分重要的意义。 本文通过实验和理论的分析，找到应用于压阻式压力传感器的最合适的工艺 参数，即多晶硅纳米薄膜的膜厚为 90nm，掺杂浓度 3.01020cm-3，淀积温度为 620。 关键词：关键词：多晶硅纳米薄膜；电学修正；填隙原子模型
6、；淀积温度；掺杂浓度 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - II - Abstract Due to their favorable piezoresistive properties and good temperature stability, polysilicon nanofilms have been applied in piezoresistive sensing devices.In order to improve the resistance matching of sensors after fabrication, it is necessary to perform r
7、esistor trimming. The electrical trimming is an effective method of correcting resistance error and mismatch. Therefore, in this paper, we study the electrical trimming characteristics of polysilicon nanofilm(PSNF) resistors. For the sample preparation, PSNF were deposited on thermally oxidized Si s
8、ubstrates by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). PSNFs were doped heavily at different doses by boron ion-implantation and deposited at different temperature and deposited at different thicknesses. The microstructure of PSNF was characterized by scanning electron microscope(SEM), X-ray d
9、iffraction(XRD) and transmission electron microscope(TEM). Then the resistance changes of trimmed resistors were measured after a series of incremental DC current higher than the threshold current density is applied. Use this method test the PSNFs with different doping concentrations, different thic
10、knesses and different deposition temperature. Then we will analyze the influence of electrical trimming characteristics to piezoresistive characteristics as well as temperature characteristics. In this paper ,we establish interstitial-vacancy (IV) model, it is considered that the phenomenon of elect
11、rical trimming is due to the recombination of IV pairs at grain boundaries under the energy excitation of Joule heat generated by high current conduction. Based on the model, the phenomenon of electrical trimming will be explained electricity The experimental results indicate that elevating doping c
12、oncentration can improve the trimming accuracy and decrease the trimming rate; the trimming accuracy and 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - III - stability of directly deposited PSNFs are superior to the recrystallized ones. So, it is gained that reducing amorphous phases at grain boundaries by optimizing deposition
13、 temperature can improve ET characteristics of PSNFs. Therefore, it is important to study electrical trimming after device packaging. Through the experiment and the theory analysis, we can found the most appropriate parameter applies in piezoresistive sensing devices. These parameter is that: the th
14、ickness of PSNFs is 90nm, the doping density is 3.01020cm-3 and the deposition temperature is 620. Keywords: polysilicon nanofilm, electrical trimming, interstitial-vacancy model, deposition temperature, doping concentrations 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - IV - 目 录 摘 要I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 课题来源及研究意义1 1.2
15、国内外的研究状况2 1.2.1 国外研究状况.2 1.2.2 国内研究状况.7 1.3 本课题主要研究的内容.8 第 2 章 多晶硅纳米薄膜的制备工艺.9 2.1 薄膜制备工艺的发展与比较9 2.1.1 淀积工艺.9 2.1.2 退火工艺.12 2.1.3 掺杂工艺.12 2.2 多晶硅纳米薄膜的制备工艺.13 2.2.1 不同厚度的多晶硅纳米薄膜的制备13 2.2.2 不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜的制备.14 2.2.3 不同淀积温度下多晶硅纳米薄膜的制备.14 2.3 版图的设计.15 2.4 薄膜电阻的制备工艺流程17 2.5 本章小结19 第 3 章 多晶硅纳米薄膜微观结构的表征与测试
16、方法的研究.20 3.1 多晶硅纳米薄膜的微观表征20 3.1.1 不同厚度多晶硅纳米薄膜的微观表征.20 3.1.2 不同掺杂浓度多晶硅纳米薄膜的微观表征.22 3.1.3 不同淀积温度多晶硅纳米薄膜的微观表征.23 3.2 多晶硅纳米薄的测试方法25 3.2.1 多晶硅纳米薄膜电学修正的测试方法.25 3.2.2 温度特性的测试方法.25 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - V - 3.2.3 压阻特性的测试方法.25 3.3 本章小结27 第 4 章 多晶硅纳米薄膜电学修正特性的测试结果与理论分析.28 4.1 填隙原子空位对模型的建立28 4.1.1 现有的多晶硅电学修正的理论模型.28 4.1.2 填隙原子空位对模型的建立.30 4.2 测试结果与理论分析32 4.2.1 膜厚对多晶硅薄膜电阻的电学修正特性的影响.32 4.2.2 掺杂浓度对多晶硅薄膜电阻的电学修正特性的影响34 4.2.3 淀积温度对多晶硅薄膜电阻的电学修正特性的影响36 4.2.4 电学修正对压阻特性以及温度特性
